Intensità di raffreddamento: l'"interruttore principale" per il perfezionamento organizzativo

L'intensità di raffreddamento si riferisce solitamente all'effetto combinato della portata, della pressione e della temperatura dell'acqua del raffreddamento secondario. È la leva più efficace per regolare la struttura di solidificazione.

1. Effetto quantitativo dell'intensità di raffreddamento sulla microstruttura I dati di ricerca mostrano che, entro un certo intervallo, all'aumentare dell'intensità di raffreddamento, la velocità di cristallizzazione della fusione aumenta e gli elementi di soluto nella fusione non hanno tempo di diffondersi, con conseguente aumento del sottoraffreddamento, aumento dei nuclei cristallini e formazione di grani fini. Allo stesso tempo, la dimensione della zona di transizione diminuisce, la densità del lingotto aumenta, la tendenza all'allentamento diminuisce e il grado di segregazione regionale diminuisce. Lo studio sulla colata semicontinua della lega di alluminio 6061 vicino alla linea del liquido sottolinea ulteriormente che una diminuzione dell'intensità di raffreddamento primaria e un aumento dell'intensità di raffreddamento secondaria sono entrambi vantaggiosi per la formazione di strutture uniformi e fini quasi sferiche; Quando la velocità di colata raggiunge 150 mm/min e l'intensità di raffreddamento secondaria aumenta, si può ottenere una microstruttura piccola, uniforme e quasi sferica di billetta semi-solida di 6061.

2. L'effetto marginale dell'intensità di raffreddamento Si noti che un'intensità di raffreddamento più elevata non è necessariamente migliore. Da un lato, un eccessivo raffreddamento secondario può creare un significativo gradiente di temperatura tra la superficie e il nucleo del lingotto, con conseguente: rapida solidificazione della superficie → sviluppo di cristalli colonnari → e persino cristalli a piuma; Aumento improvviso dello stress termico → aumento delle cricche superficiali e della tendenza alla criccatura termica interna del lingotto; Per alcune leghe (come la 5052), un raffreddamento eccessivo può esacerbare la cristallizzazione sbilanciata e promuovere la formazione di noduli di segregazione; Dall'altro lato, quando il volume di acqua di raffreddamento aumenta fino a un certo limite, il coefficiente di scambio termico tende a saturarsi. Continuare ad aumentare la portata dell'acqua ha scarso effetto sul miglioramento della velocità di solidificazione, ma causa invece spreco di risorse idriche e turbolenza del lingotto.

3. Finestra di processo per la pressione dell'acqua di raffreddamento: test industriali utilizzando la lega di alluminio 5052 come esempio mostrano che l'aumento dell'intensità della pressione dell'acqua di raffreddamento a 0,20 MPa può sopprimere significativamente la formazione di noduli di segregazione superficiale sui lingotti. Questo dato fornisce un importante riferimento ingegneristico: esiste una chiara finestra ottimale per la pressione dell'acqua di raffreddamento, al di sotto della quale i tumori di segregazione possono sfuggire al controllo e al di sopra della quale possono essere indotte microcricche sulla superficie del lingotto.